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Tema 7. ECOSFERA: BIOSFERA (I).
DINÁMICA DE LOS ECOSISTEMAS
1. Conceptos básicos
2. Concepto de ecosistema.
3. Factores abióticos. El biotopo
3.1. Factor limitante y valencia ecológica
3.2. Principales factores abióticos
4. Factores bióticos. La biocenosis
4.1. El estudio de las poblaciones
4.2. El crecimiento de la población
4.3. Estrategas de la r y de la K
4.4. Relaciones intraespecíficas
4.5. Relaciones interespecíficas
5. Principales tipos de ecosistemas. Biomas.
5.1. Biomas terrestres. (Fotocopia).
5.2. Biomas acuáticos.
6. Relaciones tróficas
6.1. Niveles tróficos
6.2. Cadenas y redes tróficas
7. Flujo de energía
8. Ciclo de la materia. Ciclos biogeoquímicos
8.1. Ciclo del carbono
8.2. Ciclo del Nitrógeno
8.3. Ciclo del fósforo
8.3. Ciclo del azufre
9. Parámetros tróficos
9.1. Principales parámetros tróficos.
9.2. Factores que limitan la producción primaria.
9.3. Pirámides tróficas.
10. Sucesión ecológica
10.1. Características de la sucesión
10.2. La regresión
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1. CONCEPTOS BÁSICOS
ECOLOGÍA. Compuesto por las palabras griegas oikos (casa, vivienda,
hogar) y logos (estudio o tratado), es por tanto la Ciencia que estudia las
relaciones entre los seres vivos y de éstos con el medio físico-químico que
les rodea. Es la ciencia que estudia los ecosistemas.
ECOSFERA. Es el ecosistema global o conjunto de todos los ecosistemas de
la Tierra. Abarca todos los seres vivos (biosfera) y las interacciones entre
ellos y con la tierra, el agua y la atmósfera.
BIOSFERA. Engloba a todos los organismos vivos de la Tierra. Reúne a
todas las comunidades o biocenosis.
POBLACIÓN. Conjunto de seres vivos de la misma especie que viven juntos
en un lugar y en un tiempo determinados.
HÁBITAT. Área con las condiciones ambientales adecuadas para el
desarrollo de una especie, es decir es el conjunto de biotopos donde puede
vivir una especie.
NICHO ECOLÓGICO. Función que desempeña una especie en el ecosistema.
Por ejemplo, un ratón de bosque ocupa el nicho de pequeño roedor que come
semillas y una lechuza ocupa el nicho de ave rapaz que se alimenta de
pequeños roedores, que son las funciones que cumplen en el ecosistema.
2. CONCEPTO DE ECOSISTEMA.
Sistema formado por un conjunto de seres vivos y el medio físico-químico en
el que habitan más las relaciones que se establecen entre los seres vivos y
entre estos con el medio físico-químico en el que habitan. El ecosistema
está formado por:
 Biocenosis o Comunidad. Es el conjunto de seres vivos de un
ecosistema.
 Biotopo. Es el conjunto de factores físico-químicos del ecosistema.
 Todas sus interrelaciones.
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En el ecosistema hay un conjunto de factores que influyen en el desarrollo
de una especie, u organismo en el ambiente en el que vive. Estos pueden ser:
- Factores abióticos. Constituyen el biotopo. Son los factores físicoquímicos que influyen en el desarrollo de una especie. Son la luz, Tª,
humedad…
- Factores bióticos. Conjunto de seres vivos que influyen en el
desarrollo de una especie. Son las relaciones intraespecíficas e
interespecíficas.
3. LOS FACTORES ABIÓTICOS.
El exceso o defecto de un factor ambiental puede impedir el desarrollo de
una especie. Llamamos límites de tolerancia a los valores máximo y mínimo
de un factor dentro de los cuales una especie puede vivir. Estos límites
constituyen el intervalo de tolerancia. Al intervalo en el cual el rendimiento
de la especie es máximo se conoce como zona de respuesta óptima.
3.1. Factor limitante y valencia ecológica
Factor ecológico que se encuentra por encima del nivel de tolerancia, o bien
por debajo de un mínimo crítico, condicionando el éxito de una especie.
Los factores limitantes de los ecosistemas terrestres son principalmente el
agua, la temperatura y los nutrientes.
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En los ecosistemas acuáticos son la luz, que disminuye con la profundidad,
los elementos nutritivos, que se depositan en el fondo y sólo ascienden
mediante movimientos verticales del agua, el oxígeno y la salinidad.
La ley del mínimo (de Liebig) establece que el crecimiento de una especie
vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad
inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante.
Valencia ecológica. Intervalo de tolerancia de una especie respecto a un
factor cualquiera del medio que actúa como factor limitante, supone la
aptitud de un organismo para explotar medios diferentes.
Según su valencia clasificamos las especies en:
- Estenoicas. Valencia pequeña, coloniza pocos ambientes.
- Eurioicas. Valencia grande. Coloniza muchos ambientes.
Cuando se trata de un factor concreto, se escribe el prefijo euri- o estenoy, a continuación, el factor ambiental. Euritermo / estenotermo, eurihialino
/ estenohialino..)
Las
flechas
están al revés.
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3.2. Principales factores abióticos. El biotopo
- La luz: condiciona la proliferación de organismos fotosintéticos. Por
ejemplo, una elevada luminosidad favorece el crecimiento de algas en un
ecosistema acuático. Será factor limitante en el medio acuático, rara vez en
el medio terrestre.
- El agua: los seres vivos necesitan agua para vivir pero también existen
adaptaciones a lugares áridos. Factor limitante en medio terrestre (Plantas
xerófilas e hidrófilas, adaptaciones en animales como la joroba de los
camellos…).
- La temperatura media y sus cambios: normalmente, las especies de un
ecosistema están adaptadas a un determinado margen de temperaturas.
(animales homeotermos y poiquilotermos, hibernación,…). En el agua
condiciona la cantidad de gases disueltos, como el O2, condicionando la vida,
también las diferencias de Tª generan corrientes que distribuyen los
nutrientes.
- La salinidad: las aguas oceánicas tienen un contenido en sales muy estable,
mientras que las aguas continentales son muy heterogéneas, dependiendo de
las características de los suelos por donde circulan. (Plantas halófitas, pocas
especies soportan variaciones por ejem. salmón).
- El pH: depende de la composición de los elementos que forman el suelo y
las sustancias que el agua contiene en disolución. La mayoría de las plantas
prefieren suelos neutros pero algunas como la encina prefieren suelos
alcalinos o básicos, o el alcornoque que los prefiere ácidos.
4. FACTORES BIÓTICOS. LA BIOCENOSIS
4.1. El estudio de las poblaciones
Para conocer las características de las poblaciones, es necesario tener en
cuenta las siguientes variables:
. Tamaño de la población (N): es el total de individuos que forman parte de
una población.
. Densidad ecológica: es el número de individuos por unidad de superficie o
volumen ocupada o hábitat. La densidad de población ha de mantenerse en
equilibrio para la supervivencia de la especie. Una densidad de población muy
pequeña puede dificultar los mecanismos de reproducción sexual, ya que
puede resultar difícil el encuentro entre individuos de diferente sexo.
. Tasa de natalidad (TN): corresponde al número de individuos que nacen
en un período de tiempo determinado.
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. Tasa de mortalidad (TM): es el número de individuos que mueren en un
período de tiempo determinado.
Las tasas de natalidad y mortalidad varían en función de diversos factores,
como la disponibilidad de nutrientes, los depredadores que actúan sobre la
población…
· Tasa de inmigración (I): corresponde al número de individuos que se
incorporan a la población, procedentes de otros lugares.
. Tasa de emigración (E): es el número de individuos de la población original
que la abandonan y se marchan hacia otro lugar.
La valoración global del aumento y disminución de la población debidos a la
natalidad, mortalidad, inmigración y emigración nos da el valor del
crecimiento de una población determinada.
Tasa de crecimiento
Según su tasa de crecimiento, una población puede presentarse en
expansión, estable o en regresión.
Si suponemos que en una población no existe inmigración ni emigración, la
ecuación anterior quedaría:
∆ N/∆t = (TN-TM) . N
y si se hace TN-TM = r,
∆N/∆t = r. N
El factor r se denomina tasa de crecimiento y representa el aumento o
disminución del número de individuos de una población. El valor máximo que
puede alcanzar r se denomina potencial biótico.
Si r › 0 la población crece.
Si r ‹ 0 la población decrece
Si r = 0 crecimiento cero, la población alcanza un equilibrio dinámico.
4.2. El crecimiento de la población
. Crecimiento exponencial: Una población que tuviese un crecimiento
ajustado a la última ecuación aumentaría exponencialmente. Este tipo de
crecimiento se denomina exponencial o logarítmico.
La curva exponencial presupone un crecimiento ilimitado de la población,
pero, en la realidad, esto no puede darse en un medio natural, pues siempre
existe una o varias condiciones del medio que actúan como factores
limitantes del crecimiento.
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. Crecimiento en curva sigmoidal o curva logística: En la realidad el
crecimiento de una población se asemeja más a una curva de tipo sigmoidal.
La ecuación del crecimiento logístico, cuya representación gráfica es la
curva sigmoidal, es la siguiente:
∆N/∆t = r.N (K - N/K)
K (capacidad de carga) es el valor máximo que puede alcanzar N, y viene
determinado por la máxima capacidad del medio para soportar a la población.
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. Resistencia ambiental: La expresión K – N/K se denomina factor de
resistencia ambiental. Representa el conjunto de todos los factores
ambientales que impiden a una población crecer según su potencial biótico.
- Si el número de individuos N es pequeño, K – N/K tiene un valor
próximo a uno, y la población crece de forma exponencial
(corresponde a la primera parte de la curva).
- Si N aumenta, K – N/K se aproxima paulatinamente a cero, por lo que,
en la segunda parte de la curva, el crecimiento se ralentiza hasta
llegar a detenerse cuando el valor de N se aproxima mucho al de K.
La parte exponencial de la curva sigmoidal representa un tipo de
crecimiento poblacional típico de la colonización de un medio virgen por un
organismo. La parte asintótica corresponde, en cambio, al período de
estabilización de la población.
. Fluctuaciones
En las poblaciones estables se acostumbran a producir fluctuaciones, o
modificaciones del número de individuos.
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Las fluctuaciones pueden surgir de manera imprevista o seguir unas
variaciones periódicas en cada población. Las fluctuaciones se producen a
causa de cambios ambientales, de migraciones o por la acción de los
depredadores.
. Cambios ambientales: pueden comportar un incremento o una disminución
de una población. Por ejemplo, el aumento de fosfatos en un lago, que es un
fenómeno muy frecuente en verano, puede provocar el crecimiento
exagerado del plancton durante unos días.
. Migraciones: son los desplazamientos de los individuos de una población
provocados por alteraciones en su hábitat natural. Se pueden dar de manera
ocasional o de forma regular y cíclica. Un ejemplo de fluctuaciones cíclicas
son las migraciones de las aves. Es el caso de las golondrinas, que, en otoño,
emigran desde nuestras latitudes hasta el norte de África.
. Variaciones en la proporción de depredadores y presas: la variación en
el número de individuos de cualquiera de las dos poblaciones puede causar un
desequilibrio, tal como vimos al tratar las relaciones interespecíficas.
4.3. Estrategas de la r y de la K
En función de su estrategia de crecimiento podemos distinguir dos tipos de
poblaciones:
- Estrategas de la K. Son poblaciones estables que se encuentran en
equilibrio con el medio y su efectivo (N) se acerca a la capacidad de carga
(K). Por esta razón, se denominan estrategas de la K. Estas poblaciones
tienen curvas de crecimiento con forma de "S". En general, corresponden a
organismos grandes que presentan una tasa de crecimiento (r) pequeña,
tienen pocas crías, pero como las cuidan la mayoría alcanza la edad adulta,
se especializan en un determinado medio. Muchos vertebrados (oso panda,
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elefantes, ciervos, delfines, ballenas...) y los árboles son estrategas de la
"K".
Estrategas de la r. Son poblaciones oportunistas que se caracterizan
porque el efectivo de la población tiene importantes fluctuaciones en el
tiempo. Generalmente, se trata de poblaciones de especies de tamaño
pequeño que presentan una tasa de crecimiento (r) alta, tienen muchas crías
que no cuidan y la mayoría no llegan a adultos, por lo que se llaman
estrategas de la "r". Las curvas de crecimiento de las poblaciones
oportunistas tienen forma de "J", pues crecen con mucha rápidez. Son
oportunistas los organismos planctónicos, las gramíneas y otras muchas
plantas herbáceas, la mayoría de los peces, los insectos, los roedores, etc.
4.4. Relaciones intraespecíficas (entre individuos de la misma especie).
Entre los individuos de una población se produce competencia por la
obtención de alimento, la reproducción, etc. Sin embargo, a pesar de la
competencia y como consecuencia de los beneficios que supone para
individuos de la misma especie la formación de grupos, éstos forman
asociaciones, con características diferentes:
. Familiar. Formada por individuos estrechamente emparentados entre sí y
que, en general, tiene como finalidad facilitar la procreación y el cuidado de
las crías. Hay diferentes tipos de asociaciones familiares: parental, formada
por los padres y la prole; matriarcal, formada por la madre y la
descendencia, y filial, formada exclusivamente por la prole.
. Colonial. Formada por individuos procedentes de un único progenitor y que
permanecen unidos. Es típica de pólipos y medusas. Si todos los individuos
de la colonia son iguales, se denomina homomorfa, y si son distintos y están
especializados en funciones diferentes, se denomina heteromorfa.
. Gregarias. Formadas por individuos no necesariamente emparentados, que
se unen más o menos tiempo, con diferentes fines: búsqueda de alimento,
defensa, reproducción, emigración, etc. Si los grupos están formados por
mamíferos, aves o peces, reciben el nombre de manadas, bandadas o bancos,
respectivamente.
. Estatales. Formadas por individuos que constituyen auténticas sociedades,
en las que se observa una jerarquización y una distribución del trabajo que
conlleva diferencias morfológicas. Es típica de los llamados insectos
sociales, abejas, hormigas…
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Las poblaciones de una especie pueden tener diferentes formas de
distribución, según cómo sean las relaciones que se dan entre los individuos:
Distribución al azar
Se da en algunas especies solitarias con pocos requerimientos ambientales,
y en ambientes uniformes. Un ejemplo de distribución de este tipo es la de
algunas especies de moluscos marinos.
Distribución regular
Entre los individuos se mantiene una distancia más o menos constante; en el
caso de los animales, corresponde al territorio que marcan y defienden para
poder cazar.
Es típica de carnívoros solitarios y aves.
Distribución agrupada
Es la más frecuente en la naturaleza. Los individuos forman grupos por
diversos motivos: defensa, migraciones, reproducción... Es el caso de los
enjambres de abejas, que se forman cuando necesitan colonizar una nueva
zona.
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4.5. Relaciones interespecíficas (entre especies diferentes).
Las interacciones que se establecen entre especies que pertenecen a una
misma comunidad pueden clasificarse en función de las consecuencias que
tienen sobre las especies relacionadas. Se simbolizan por: 0 (cuando las
consecuencias para la especie carecen de importancia), + (cuando la
interacción supone un beneficio) y - (cuando la interacción supone un
perjuicio, siendo un factor negativo a añadir a la ecuación de crecimiento).
Tipo
interacción
de
Especie 1 Especie 2
Neutralismo
0
0
Competencia
-
-
Parasitismo
+
-
Depredación
+
-
Comensalismo
+
O
+
+
Mutualismo
simbiosis
o
a) Neutralismo. Cuando dos especies no interaccionan.
b) Competencia. Cuando ambas poblaciones tienen algún tipo de efecto
negativo una sobre la otra. Es especialmente acusada entre especies con
estilos de vida y necesidades de recursos similares. Ej: poblaciones de
paramecios creciendo en un cultivo común; golondrinas y vencejos compiten
por los insectos.
Hay un principio general en ecología que dice que dos especies no pueden
coexistir en un medio determinado si no hay entre ellas alguna diferencia
ecológica. Si no hay diferencias una acaba desplazando a la otra.
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c) Depredación.
Se da cuando una población vive a costa de cazar y devorar a la otra
(presas). En el funcionamiento de la naturaleza resulta beneficiosa para el
conjunto de la población depredada ya que suprimen a los individuos no
adaptados o enfermos y/o previenen la superpoblación. Esta relación se
basa en un bucle de realimentación negativo que mantiene estables las
poblaciones del depredador y de la presa. (Recuerda Homeostasis o
equilibrio).
Ej: El guepardo-gacelas o las águilas de los conejos. (Figura depredadorpresa)
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d) Parasitismo.
Es similar a la depredación, pero el término parásito se reserva para
designar pequeños organismos que viven dentro (endoparásito) o sobre un
ser vivo (ectoparásito) de mayor tamaño (hospedador o huésped),
perjudicándole.
Son ejemplo de esta relación las tenias, los mosquitos, garrapatas, piojos o
el muérdago.
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e) Mutualismo y simbiosis
Es el tipo de relación en el que dos especies se benefician. En el mutualismo
la relación no es obligada (especies que dispersan frutos), mientras que en la
simbiosis sí (líquenes, micorrizas).
Simbiosis alga más hongo, el resultado es el liquen.
f) Comensalismo: una especie se beneficia y la otra ni sale beneficiada, ni perjudicada.
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Una especie, el comensal, se beneficia al alimentarse de los restos de de
comida de un depredador. (Los buitres y la carroña)
Pez rémora y tiburón
Escarabajo pelotero.
Inquilinismo, variante del anterior, una especie obtiene beneficio cuando se
aloja o protege en otra, que no obtiene ni ventaja, ni perjuicio. (Peces aguja
en el interior de pepinos de mar, pájaros con sus nidos en los árboles).
6. RELACIONES TRÓFICAS.
Los ecosistemas son unidades de funcionamiento de la biosfera, por tanto,
son sistemas. Para poder funcionar requieren energía, que procede del Sol.
La energía solar sólo es captada y transformada por los organismos
productores mediante la fotosíntesis. Por este motivo, los productores son
el inicio de cualquier cadena trófica y de ellos dependen los demás seres
vivos de un ecosistema.
Esta dependencia es una pequeña muestra de la gran organización que
presentan los ecosistemas y que posibilita la transferencia de energía de
unos seres vivos a otros. Esta energía se transmite a través del alimento
(trofos en griego significa “alimentación”).
6.1. Niveles tróficos
Según la forma en que los seres vivos obtienen la materia y energía, el
alimento, pueden agruparse en los siguientes niveles tróficos:
a) Productores: ocupado por los organismos autótrofos que pueden ser.
 Fotosintéticos: Utilizan la energía solar para realizar la
fotosíntesis y así transformar la materia inorgánica en
orgánica. Son las plantas, algas y algunos grupos de bacterias.
 Quimiosintéticos: utilizan la energía desprendida en reacciones
químicas entre los minerales del suelo. Pertenecen a este grupo
algunas especies de bacterias.
b) Consumidores primarios: Son organismos heterótrofos, se alimenta
directamente de los productores, se denominan herbívoros en los
ecosistemas terrestres, mientras que en los acuáticos forman el
zooplancton.
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c) Consumidores secundarios: organismos que se alimentan de
consumidores primarios, son animales carnívoros. En los ecosistemas
puede haber supercarnívoros, que serían consumidores de tercer e
incluso cuarto orden.
Los organismos de cada uno de estos niveles se alimentan de los organismos
del nivel inmediatamente anterior. Pero dentro de los consumidores
encontramos organismos que se alimentan de más de un nivel trófico como
los omnívoros, los saprófitos o saprófagos que pueden ser a su vez
carroñeros o necrófagos que se alimentan de cadáveres, coprófagos de
excrementos y los detritívoros que consumen restos de materia orgánica
muy fragmentada (como la lombriz de tierra).
Descomponedores: También llamados transformadores, son heterótrofos
detritívoros, en este nivel se encuentran un grupo constituido por hongos y
bacterias que transforman la materia orgánica en materia inorgánica
cerrando el ciclo de la materia como veremos. (Recuerda que no todos los
detritívoros entran en este nivel, la lombriz por ejemplo no transforma la
mat. org. en inorg., tampoco entrarían los carroñeros).
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6.2. Cadenas y redes tróficas
Las transferencias de materia y energía en un ecosistema se realizan a
través de relaciones tróficas o alimentarias que puedan representarse
mediante modelos de cadenas y redes tróficas.
6.2.1. Cadenas tróficas
Una cadena alimentaria está constituida por diversos niveles tróficos. Los
organismos de cada uno de estos niveles se alimentan de los organismos del
nivel inmediatamente anterior.
El primer nivel o eslabón de una cadena siempre está ocupado por los
organismos autótrofos, que se denominan productores, y lo forman
principalmente plantas y algas, también las bacterias foto y
quimiosintéticas.
Los organismos heterótrofos se sitúan en los otros niveles o eslabones de la
Cadena. Los eslabones se unen entre sí mediante flechas que significan “es
comido por”. (La flecha apunta al que come al anterior).
Un tipo de cadenas especiales son las detritívoras
6.2.2. Redes tróficas
Una especie de un nivel trófico normalmente se alimenta de más de una
especie del nivel inferior. Por ejemplo, un pato puede alimentarse de hojas y
semillas de diversas especies vegetales, así como de gusanos y caracoles.
Además, cada especie puede ser fuente de alimento de diversas especies.
Por esta razón, las cadenas tróficas se complementan con las otras cadenas
alimentarias interconectadas, de manera que se forma una red trófica.
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En cada nivel trófico se produce una transferencia de energía de un ser vivo
a otro. Cada ser vivo utiliza esta energía para llevar a cabo las funciones
vitales, con lo cual esta energía se disipa y no queda a disposición de los
niveles tróficos superiores.
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7. Flujo de energía (ver fotocopia)
De toda la energía solar que llega a la Tierra, sólo una parte (entre 1- 2 %)
se incorpora a la biosfera y circula a través de ella. Esta porción de energía
se denomina energía endosomática. Los organismos fotosintéticos son los
únicos seres vivos capaces de captar la energía solar y transformarla en
energía química. Todos los organismos utilizan esta energía química para
llevar a cabo sus funciones de crecimiento y reproducción. Al final, toda la
energía se disipa en forma de calor. (Esquema del flujo de energía)
El resto de la energía solar que recibe la superficie terrestre no es aprovechada directamente por los seres vivos y recibe el nombre de energía
exosomática, que es la responsable de la circulación de los vientos, las
corrientes marinas, etc.
(Del 10% que reciben los productores solo entre el 1 o 2% lo aprovechan en
la fotosíntesis).
La energía fluye desde los organismos autótrofos a los heterótrofos
mediante el alimento, se consume una parte en su metabolismo y, el resto,
finalmente, se disipa al medio físico. El flujo de energía es abierto y
unidireccional.
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8. Ciclo de la materia
A diferencia de la energía el ciclo de la materia es cerrado. La materia
inorgánica es transformada en materia orgánica mediante la fotosínteis (o
quimiosínteis) por los productores, fluye a lo largo de la cadena trófica a
través del alimento y los restos orgánicos de los seres vivos vuelven a
transformarse gracias a los descomponedores en materia inórgánica, que
puede volver a ser aprovechada por los productores, así la materia se
recicla.
Los ciclos biogeoquímicos son los recorridos más o menos largos que
realizan los elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Los
elementos pasan de la biosfera (seres vivos a otros sistemas como la
atmósfera, la litosfera o la hidrosfera, es decir, circulan entre la biocenosis
hasta el biotopo).
En función del medio en el que se acumulan se clasifican en:
- Ciclos de elementos gaseosos, como el nitrógeno y el carbono. Su
depósito es la atmósfera. Los elementos circulan con rapidez por los
diferentes
compartimentos
del
ciclo.
- Ciclos de elementos sedimentarios como el fósforo y el azufre. Su
depósito es la corteza terrestre. Son lentos y limitan el desarrollo de los
seres vivos.
8.1. Ciclo del carbono (Ver esquema fotocopia).
-El C es fundamental para los seres vivos, pues forma parte de todas sus
biomoléculas orgánicas.
- El carbono se encuentra en la atmósfera en forma de dióxido de carbono,
en la hidrosfera, como ión carbonato o bicarbonato y en la litosfera como
constituyente de las rocas carbonatadas o en forma de combustible fósil,
como el carbón y el petróleo.
- Gracias a la fotosíntesis, las plantas verdes captan el carbono a partir del
dióxido de carbono atmosférico y lo integran en sus tejidos, así pasa de la
atmósfera a la biosfera. Los consumidores, al alimentarse de las plantas, lo
incorporan a su cuerpo. El carbono es retenido por el organismo hasta su
muerte. Ocurrida ésta, sus restos son utilizados por los descomponedores.
- La respiración produce dióxido de carbono que, de esa forma, vuelve a la
atmósfera desde la biosfera, también mediante incendios forestales
naturales.
Parte del C se encuentra en forma de rocas calizas, arrecifes calcáreos y
combustibles de origen orgánico, como el petróleo, donde puede quedar
retenido mucho tiempo. Las erupciones volcánicas que afecten a rocas
calizas devuelve el CO2 a la atmósfera. La combustión del carbón y del pe22
tróleo, intervención antrópica, junto con los incendios forestales
provocados, producen un aumento en el dióxido de carbono atmosférico.
La intervención antrópica en el ciclo produce un aumento de CO2
atmosférico, incrementando el efecto invernadero y por tanto
favoreciendo el cambio climático global.
8.2. Ciclo del Nitrógeno (ver esquema fotocopia).
- Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos
nucleicos y otras moléculas fundamentales del metabolismo.
- Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma
de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la
mayoría de los seres vivos.
- Algunas bacterias y cianobacterias, también algunos hongos, convierten el
N2 atmosférico en otras formas químicas (nitritos y nitratos) asimilables
por las plantas (fijación biológica del nitrógeno).
Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en simbiosis en nódulos de las
raíces de las leguminosas (alfalfa, girasol, etc.) por lo que estas plantas
producen un abonado natural de los suelos. Otra de estas bacterias es
azotobacter, que vive libre en el suelo.
- El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las
raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis
de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al
comer a las plantas o a otros animales, es decir, a través de la cadena
trófica.
- En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba
formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta
eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos
acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de
ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a
la tierra y allí los descomponedores los transforman primero en amoniaco y
posteriormente en nitritos y nitratos, proceso de nitrificción, que pueden
ser tomados de nuevo por las plantas.
- Hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los
compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del
ecosistema a la atmósfera.
El N puede ser fijado desde la atmósfera a la geosfera mediante tormentas
eléctricas.
El N suele ser un factor limitante de la productividad de muchos
ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para
mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron
productos naturales ricos en nitrógeno como el guano (excremento de aves)
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o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de
amoniaco fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean
actualmente en grandes cantidades en la agricultura que pueden producir
eutrofización. (Intervención antrópica en el ciclo, recuerda que el
abonado excesivo tb desprende a la atmósfera N2O responsable del
E.I. y produce a la larga una pérdida de fertilidad en el suelo. Además
debemos tener en cuenta que los combustibles fósiles emiten tb NOx
que serán responsables de la lluvia ácida).
8.3. Ciclo del fósforo
- Forma parte de muchas moléculas orgánicas (ADN). Su reserva
fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de
las rocas o por las cenizas volcánicas, es liberado y queda disponible para
pasar a la biosfera ya que que lo pueden tomar las plantas, pasa a través de
la cadena trófica, los restos de materia orgánica y huesos, por los
descomponedores originan fosfatos que pueden ser tomados nuevamente
por las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar.
Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas
fosfatadas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de
nuevo las sales de fósforo.
- Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por
organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando
estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven
parte del fósforo en las heces (guano, utilizado como abono) a tierra.
- Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los
lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando
fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la
superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces,
formándose las grandes pesquerías en las costas occidentales de África,
América del Sur y otras.
- Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los
grandes depósitos acumulados (guano y minas), en algunos lugares de la
tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades
desmesuradas, originándose problemas de eutrofización, tb causa este
problema su utilización para fabricar detergentes. (Intervención
antrópica).
8.4. Ciclo del azufre
Es menos importante que los otros elementos que hemos visto, pero
imprescindible porque forma parte de las proteínas.
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Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es usado por los seres
vivos en pequeñas cantidades. La actividad industrial del hombre está
provocando exceso de emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera y
ocasionando problemas como la lluvia ácida.
9. Parámetros tróficos:
9.1. Principales
Productividad
parámetros
tróficos:
Biomasa,
Producción
y
- Biomasa: Es la masa de la biocenosis medida por unidad de superficie o
de volumen. Se define como la masa, en seco, de la materia orgánica (peso
de C orgánico) de cualquier nivel trófico o de todo el ecosistema. Se mide en
unidades de masa o energía (ya que representa la E acumulada en la materia
orgánica) por unidad de superficie o volumen. (mg/m3; Kg/ha; Kcal/cm2 etc.)
- Producción: Es la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico. Se
mide por el aumento de la biomasa en un tiempo determinado (la biomasa,
energía, fijada por unidad de tiempo). Representa la cantidad de biomasa
(energía) disponible por unidad de tiempo que puede ser utilizada por el
siguiente nivel trófico. Se expresa en g/m2.día, Kcal/m2.año,…
Se puede cuantificar de dos formas:
Producción primaria: es la energía fijada (aumento de biomasa) por los
organismos autótrofos por unidad de tiempo.
Producción secundaria: Aumento de biomasa por unidad de tiempo en
descomponedores y consumidores.
En los dos casos hay que diferenciar entre:
Producción bruta (PB): es la cantidad total de biomasa fijada por unidad de
tiempo. En el caso de los productores (Producción primaria bruta)
representa el total fotosintetizado por unidad de tiempo, en consumidores
sería el alimento asimilado del total consumido.
Producción neta (PN): es la biomasa almacenada en cada nivel trófico por
unidad de tiempo y que puede ser potencialmente transferida al siguiente
nivel trófico. Se obtiene restando a la producción bruta la energía
consumida en la respiración (R) (el mantenimiento, metabolismo).
PN = PB – R
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- Regla del 10%. La energía que pasa de un eslabón a otro es
aproximadamente el 10% de la acumulada en él.
- Producción neta del ecosistema: incremento de biomasa que se acumula
en el ecosistema en un período determinado.
Permite conocer el grado de madurez de un ecosistema. Se calcula restando
la respiración total a la producción bruta. Es igual a la energía que fijan los
productores (biomasa producida por la fotosíntesis) menos la que utilizan en
la respiración, tanto ellos como los consumidores y descomponedores.
PNE = PPB – R total
Pueden darse tres situaciones:
. Ecosistema en equilibrio o maduro la materia que nace es igual a la que
muere, siendo la producción bruta similar a la respiración total; en ese caso,
la producción neta del ecosistema será igual o muy próxima a cero
(PNE = O).
. Ecosistema joven la producción bruta es mayor que la respiración. La
producción total es positiva (PNE>O). Ello ocurre en ecosistemas jóvenes, en
evolución, en los que tiene lugar un incremento de biomasa.
. Ecosistemas contaminados o en regresión. Sufren una explotación excesiva, la producción total será negativa (PNE<O), ya que la respiración será
mayor que la producción.
- Productividad. Es la relación entre la producción y la biomasa. Representa
la velocidad con que se renueva la biomasa. Permite conocer los límites de la
explotación. Da una visión de la velocidad que tarda en renovarse la
biomasa., por lo que recibe el nombre de tasa de renovación (r).
p = P/B
pN = r = PN/B
La tasa de renovación varía entre 0 y 1, e indica la producción de nueva
biomasa en cada nivel trófico en relación con la existente.
En un cultivo agrícola la tasa de renovación sería próxima a 1.
En un pastizal sería entre 0 y 1.
En un bosque maduro sería cercana al 0.
Un pastizal tiene una estructura muy simple, el tiempo de permanencia de la
biomasa es breve y su productividad es alta.
Cuando un ecosistema es estable y muy organizado, hay una gran cantidad
de biomasa y una gran biodiversidad, pero su productividad es baja y
disminuye el flujo de energía: entra mucha energía pero se gasta porque hay
una gran cantidad de biomasa.
La selva tropical tiene una producción muy alta pero una productividad
cercana al 0.
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En las explotaciones agrícolas, el ser humano extrae del ecosistema una
gran parte o la totalidad de la biomasa al final de la temporada. Esto
disminuye los gastos por respiración y un aumento de la productividad.
Sin embargo debe reponerse al suelo la materia extraída.
- Tiempo de renovación. Es la relación inversa a la productividad. Es el
tiempo que tarde un nivel trófico o un ecosistema en renovar su biomasa. Se
mide en días, años…
- Eficiencia
De la cantidad total de energía lumínica que llega a la biosfera, los
productores utilizan únicamente un 1-2%, que es el rendimiento promedio de
la fotosíntesis. El término eficiencia se usa para indicar el porcentaje de
esta energía que pasa a los niveles tróficos superiores.
La producción primaria neta de la vegetación terrestre es menos del 50 por
100 de la bruta. En cuanto a la producción secundaria, los valores de
eficiencia son aún menores: como término medio sólo el l0% por 100 de la
energía disponible en un nivel trófico pasa al nivel siguiente. En el caso de
los herbívoros el porcentaje de energía obtenida de la vegetación es aún
menor, pues la materia vegetal contiene muchas partes de difícil
aprovechamiento o digestión.
9.2. Factores limitantes de la producción primaria
A) LA TEMPERATURA Y LA HUMEDAD
Ambos suelen ir relacionados. Cuando se producen cambios importantes
disminuye la fotosíntesis y por tanto la producción primaria.
Al aumentar mucho la temperatura se desnaturalizan enzimas
fotosintéticas y el aumento de la temperatura también favorece la
FOTORRESPIRACIÓN.
En la fotosíntesis hay dos rutas metabólicas dependiendo de la
concentración de O2 y de CO2 en el interior de la célula, si es la normal, se
produce la fotosíntesis, si aumenta la concentración de O2 y/o disminuye la
de CO2 se produce la FOTORRESPIRACIÓN, de manera que en lugar de
consumirse CO2 y producirse glucosa que sería lo normal en la fotosíntesis,
se consume O2 y se produce CO2, tampoco se produce glucosa.
En las plantas C3, (trigo, arroz, patata,…), típicas de climas húmedos, al
aumentar la temperatura, actúan CERRANDO SUS ESTOMAS, para evitar
la pérdida de agua.
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La fotosíntesis continúa por lo que aumenta el O2 en el interior de la célula y
descienden los niveles de CO2 hasta en un 50%, el resultado es que la ruta
se desvía hacía la fotorrespiración y fotosíntesis es menos eficiente.
(Disminuye la productividad).
Las plantas C4, (maíz, caña de azúcar,…), típicas de climas secos y
calurosos, tienen una vía metabólica alternativa para fijar CO2 atmosférico,
de esta manera puede continuar la fotosíntesis. Mayor productividad y
mayor interés agrario.
Además algunas de estas plantas además de ser C4 son también CAM
( Crasulaceam acid metabolism), son los cactus, las crasuláceas ; esto les
permite fijar el CO2 por la noche y lo incorporan a la fotosíntesis con los
estomas cerrados durante el día, evitando la pérdida de agua.
B) LA LUZ COMO FACTOR LIMITANTE
Al aumentar la intensidad luminosa, si los demás factores no actúan como
limitantes, la actividad fotosintética se incrementa, pero llega un momento
en que la fotosíntesis deja de aumentar aunque lo haga la intensidad
luminosa. Esto ocurre por dos motivos:
1.- la disposición de las unidades fotosintéticas en los cloroplastos:
Los cloroplastos se sitúan unos sobre otros por lo que se dan sombra. Igual
ocurre con las hojas de los árboles
que se sombrean unas a otras.
2.- la estructura de las unidades
fotosintéticas: (ejem. Cuello botella).
El número de moléculas captadoras
de energía es muy superior a las
encargadas de la transformación en
energía química. (300 a 1). Por lo que
se produce una saturación. Según
esto las plantas tienen un
rendimiento máximo con
relativamente poca intensidad
luminosa, en las primeras y últimas horas del día. La evolución no ha
conseguido la máxima conversión de energía, sino solo la suficiente para el
mantenimiento de los ecosistemas.
Por lo que los cultivos no pueden hacerse más rentables aunque se les
añadan más abonos, plaguicidas, ...
C) LOS NUTRIENTES COMO FACTORES LIMITANTES.
El CO2 es un gas muy abundante en la atmósfera y en el agua, por lo que no
suele ser un factor limitante.
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El Nitrógeno gracias a los organismos fijadores de Nitrógeno, tampoco
suele ser un factor limitante. (Se le considera el 2º después del P).
Sin embargo el Fósforo suele ser un importante factor limitante en el mar,
ya que aunque es abundante, se encuentra en lugares poco accesibles para
los vegetales, normalmente los fondos marinos, en donde se encuentran los
organismos mineralizadores.
El problema se soluciona en parte gracias a la ENERGÍA EXOSOMÁTICA,
que provoca las corrientes marinas, devolviendo los nutrientes, (P), a las
zonas marinas superficiales (ZONAS DE AFLORAMIENTO).
También pueden llegar a las plataformas continentales gracias a las mareas
y olas o a través de los depósitos de los ríos.
En los ecosistemas terrestres el Fósforo está más cercano pero en muchas
ocasiones debido a la explotación intensiva de un terreno o al lixiviado, el
suelo se empobrece y hay que recurrir al ser humano para que extraiga el
Fósforo de sus depósitos naturales y los devuelva al terreno en forma de
abono.
Otra forma de recuperar el Fósforo es a través de los excrementos de aves
acuáticas, que son muy ricos en minerales ya que se alimentan de pescado.
(GUANO).
9.3. Pirámides ecológicas
Son representaciones gráficas que muestran cómo varían algunas
características de los niveles tróficos, como el número de individuos, la
biomasa, o la energía, al pasar de unos niveles a otros. Cada nivel trófico se
representa en un rectángulo cuya área es proporcional al valor del
parámetro ecológico representado. El rectángulo que forma la base de la
pirámide corresponde a
los productores, sobre él,
de forma ordenada, se
disponen
los
otros
niveles. Hay tres tipos de
pirámides:
Las
pirámides
de
biomasa representan la
masa total de los seres
vivos que existe en cada
nivel trófico. Existen
casos en que estas
pirámides pueden estar
invertidas:
en
un
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ecosistema acuático, donde la tasa de renovación del fitoplancton sea muy
elevada, puede ocurrir que, en cierto instante, la biomasa del mismo sea muy
inferior a la del zooplancton, tras haber sido comido por este último. Sin
embargo, poco tiempo después, el fitoplancton se regenera y sirve de nuevo
de sustento al zooplancton. Las pirámides terrestres nunca podrán ser
invertidas.
(En el dibujo no se ve bien la unidad, es g/m2).
Las pirámides de números son menos significativas, ya que no tienen en
cuenta el tamaño de los organismos. Representan el número de individuos de
cada nivel trófico. En muchos casos están invertidas, como ocurre con un
árbol, que sustenta a muchas aves, insectos, mamíferos, etc.
Las pirámides de energía o de producción indican la cantidad de energía
que existe en un nivel trófico y la que pasa al nivel siguiente. Esta pirámide
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no puede invertirse en ningún caso, ya que la energía que posee un nivel que
sustenta a otro superior siempre es mayor.
10. Sucesión ecológica
- La sucesión ecológica. Son los cambios producidos en un ecosistema a lo
largo del tiempo. A lo largo de la sucesión, la biocenosis que está instalada
en un biotopo es sustituida por otras cada vez más diversas y complejas,
hasta que se alcanza una organización muy estable, y que prácticamente no
varía, llamada comunidad clímax.
- Las sucesiones comienzan con especies pioneras u oportunistas
(estrategas de la r) que con el tiempo serán sustituidas por estrategas de
la K.
- Se habla de sucesión primaria cuando el lugar donde se desarrolla el
ecosistema es “virgen”, es decir, no estuvo ocupado con anterioridad por
una comunidad (Isla volcánica, dunas, aluviones etc.).
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Por el contrario, una sucesión secundaria se establece cuando la comunidad
preexistente ha desaparecido tras una catástrofe, por ejemplo, tras un
incendio.
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- Denominamos sere o serie a la sucesión de comunidades que se sustituyen
una a otra en determinada área. Cada una de las comunidades que se
suceden en una serie recibe el nombre de etapa seral.
10.1. Características de la sucesión
- Aumento de la biomasa del ecosistema.
- Aumento de la diversidad (aumenta el número de especies) y se
estabiliza el número de individuos de las poblaciones.
- Disminución de la producción neta, que llega prácticamente a cero en los
ecosistemas climácicos, (ej. Selva tropical), ya que toda la biomasa
producida se utiliza en la respiración (mantenimiento) de la biocenosis.
Según esto, en un ecosistema joven (1as etapas de la sucesión) la producción
neta es mayor que cero y aumenta la biomasa, mientras que en los
ecosistemas maduros (últimas etapas de la sucesión) la producción está
próxima a cero.
- Aumenta la estabilidad. Las relaciones entre las especies de la biocenosis
son muy fuertes, estas interrelaciones aumentan el equilibrio del
ecosistema.
- Cambio de unas especies por otras. Las especies pioneras u oportunistas
(estrategas de la r), son sustituidas por especies especialistas (estrategas
de la K).
- Aumento en el número de nichos ecológicos. El nº de nichos aumenta, al
ser desplazadas las especies r por las k, que se especializan, ocupando cada
una su nicho.
10.2. Regresión
Se llama regresión ecológica a las alteraciones que modifican las etapas
naturales de una sucesión ecológica, el ecosistema se hace más inmaduro y
pierde biodiversidad. La regresión da lugar al inicio de una sucesión
secundaria.
Algunas regresiones provocadas por el hombre son: la deforestación, los
incendios forestales o la introducción de nuevas especies.
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